電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統(tǒng)技術(shù)方案

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開一種電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統(tǒng)，包括變壓器、3個(gè)相同的振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)換接口、數(shù)據(jù)采集儀和分析模塊，其中，3個(gè)振動(dòng)傳感器的輸入端分別借助磁鐵牢固地吸附在變壓器油箱頂面與三相繞組對應(yīng)的三個(gè)位置，而所述振動(dòng)傳感器的輸出端經(jīng)由轉(zhuǎn)換接口連接數(shù)據(jù)采集儀的輸入端，數(shù)據(jù)采集儀根據(jù)預(yù)設(shè)的采樣頻率和采樣時(shí)間采集振動(dòng)傳感器的振動(dòng)信息，并通過網(wǎng)線接口連接分析模塊。此種診斷系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，并可準(zhǔn)確診斷短路故障。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于智能變電站領(lǐng)域，涉及一種故障診斷技術(shù)，特別涉及一種輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)的電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
運(yùn)行中的變壓器繞組線圈可以看作一個(gè)受到外界激勵(lì)的質(zhì)量-剛度-阻尼機(jī)械振動(dòng)結(jié)構(gòu)，由于受到強(qiáng)大的電磁力(特別是超載或短路大電流引起的巨大電磁力)沖擊，做著復(fù)雜的機(jī)械振動(dòng)，整個(gè)繞組帶動(dòng)鐵心、絕緣墊塊和夾件等結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)，通過器身和油介質(zhì)傳遞到變壓器箱體表面，同時(shí)以聲波的形式向外擴(kuò)散。繞組的振動(dòng)是由于在漏感的影響下，線圈中的電流相互作用產(chǎn)生電動(dòng)力引起的，電動(dòng)力正比于電流的平方，并且在線圈的軸向和徑向方向上形成分量，軸向力在豎直方向壓縮繞組。對于一個(gè)普通的高低壓繞組，由于電流在同一繞組中方向相同，導(dǎo)致徑向力會(huì)壓縮低壓繞組(內(nèi)部繞組)而向外拉伸高壓繞組(外部繞組)，高低壓繞組受力的相對幅值則是由繞組的高度和半徑?jīng)Q定的。由于繞組的振動(dòng)取決于負(fù)載電流的平方，即Vwinding ο- i2其中，i表示負(fù)載電流，Vwinding表示繞組的振動(dòng)加速度，考慮到電流的頻率等于電網(wǎng)頻率50Hz，因此繞組振動(dòng)的主要分量為負(fù)載電流頻率的2倍，即100Hz。繞組的振動(dòng)主要是通過絕緣油傳至油箱的，鐵心的磁致伸縮振動(dòng)是通過兩條路徑傳遞給油箱的，一條是固體傳遞途徑鐵心的振動(dòng)通過其墊腳傳至油箱；另一條是液體傳遞途徑鐵心的振動(dòng)通過絕緣油傳至油箱。這兩條途徑傳遞的振動(dòng)能量，使箱壁(包括磁屏蔽等)產(chǎn)生振動(dòng)，風(fēng)扇、油泵等冷卻裝置的振動(dòng)通過固體傳遞的途徑也會(huì)傳至變壓器油箱。這樣，變壓器繞組、鐵心的振動(dòng)以及冷卻裝置的振動(dòng)通過各種途徑傳遞到變壓器器身表面，引起了變壓器器身的振動(dòng)。由于風(fēng)扇、油泵振動(dòng)引起的冷卻系統(tǒng)振動(dòng)的頻譜集中在IOOHz以下，這與本體的振動(dòng)特性明顯不同，可以比較容易地從變壓器振動(dòng)信號(hào)中分辨出來。變壓器繞組及鐵心的振動(dòng)與繞組、鐵心的壓緊狀況，繞組的位移和變形密切相關(guān)，因此通過測量變壓器油箱表面的振動(dòng)信號(hào)可反映出變壓器繞組及鐵心的狀況。基于以上分析，本設(shè)計(jì)人試圖找到一種診斷變壓器繞組匝間短路故障的方法，本案由此產(chǎn)生。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的，在于提供一種電力變壓器繞組匝間短路故障診斷方法及系統(tǒng)，其易于實(shí)現(xiàn)，可準(zhǔn)確地診斷短路故障。為了達(dá)成上述目的，本技術(shù)的解決方案是一種電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統(tǒng)，包括變壓器、3個(gè)相同的振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)換接口、數(shù)據(jù)采集儀和分析模塊，其中，3個(gè)振動(dòng)傳感器的輸入端分別借助磁鐵牢固地3吸附在變壓器油箱頂面與三相繞組對應(yīng)的三個(gè)位置，而所述振動(dòng)傳感器的輸出端經(jīng)由轉(zhuǎn)換接口連接數(shù)據(jù)采集儀的輸入端，數(shù)據(jù)采集儀根據(jù)預(yù)設(shè)的采樣頻率和采樣時(shí)間采集振動(dòng)傳感器的振動(dòng)信息，并通過網(wǎng)線接口送入分析模塊。上述振動(dòng)傳感器采用CA-YD-103振動(dòng)加速度傳感器；上述轉(zhuǎn)換接口采用BNC電氣轉(zhuǎn)換接口。上述數(shù)據(jù)采集儀采用型號(hào)Nicolet7700。采用上述方案后，本技術(shù)利用安裝在變壓器頂面的3個(gè)振動(dòng)傳感器測量振動(dòng)信號(hào)，對信號(hào)進(jìn)行傅立葉分析，得到繞組匝間短路的故障特征量，分別為IOOHz分量、200Hz 分量和300Hz分量，并利用如下判據(jù)進(jìn)行診斷(1)如果振動(dòng)信號(hào)中(200Hz+300Hz)/100Hz (也即特征I)的值明顯增加；(2)且IOOHz分量(也即特征2)值也上升，則說明發(fā)生繞組匝間短路故障。本技術(shù)所選取的特征量能準(zhǔn)確反映繞組匝間短路的故障特征，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，是一種有效的診斷電力變壓器繞組匝間短路故障的方法。附圖說明圖I是本技術(shù)中診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本技術(shù)診斷系統(tǒng)中振動(dòng)傳感器的安裝位置示意圖；圖3是本技術(shù)診斷方法中小波降噪的原理圖；圖4是本技術(shù)中診斷方法的流程圖；圖5Ca)是本技術(shù)第一實(shí)施例采集到的振動(dòng)原始信號(hào)示意圖；圖5 (b)是本技術(shù)第一實(shí)施例降噪后的振動(dòng)信號(hào)示意圖；圖6 (a)是本技術(shù)第一實(shí)施例故障點(diǎn)處在故障前的頻譜示意圖；圖6 (b)是本技術(shù)第一實(shí)施例故障點(diǎn)處在故障后的頻譜示意圖；圖7 (a)是本技術(shù)第二實(shí)施例故障點(diǎn)處在故障前的頻譜示意圖；圖7 (b)是本技術(shù)第二實(shí)施例故障點(diǎn)處在故障后的頻譜示意圖。具體實(shí)施方式以下將結(jié)合附圖，對本技術(shù)的技術(shù)方案及有益效果進(jìn)行詳細(xì)說明。首先如圖I所示，本技術(shù)提供一種電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統(tǒng)， 包括變壓器、3個(gè)相同的振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)換接口、數(shù)據(jù)采集儀和分析模塊，其中，3個(gè)振動(dòng)傳感器的輸入端借助磁鐵分別牢固地吸附在變壓器油箱頂面與三相繞組對應(yīng)的三個(gè)位置，并隨變壓器同步振動(dòng)，可配合圖2所示，其中，A、B、C分別表示變壓器的高壓側(cè)三相，a、b、c分別表示變壓器的低壓側(cè)三相，而1、2、3分別表示3個(gè)振動(dòng)傳感器的安裝位置，O表示變壓器低壓側(cè)的零線，而所述振動(dòng)傳感器的輸出端則通過轉(zhuǎn)換接口連接數(shù)據(jù)采集儀的輸入端，數(shù)據(jù)采集儀的輸出端通過網(wǎng)線接口連接分析模塊。再請配合圖4所示，是本技術(shù)工作的流程圖，包括如下步驟(I)確定數(shù)據(jù)采集儀的采樣頻率和采樣時(shí)間，采樣頻率不小于1kHz，而采樣時(shí)間不小于O. 5秒，以保證分析數(shù)據(jù)時(shí)的頻譜完整，如在后文兩個(gè)實(shí)施例中，采樣頻率取5kHz，采樣時(shí)間為2秒；(2)在變壓器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)采集儀對振動(dòng)傳感器的振動(dòng)信息進(jìn)行采樣，然后送入分析模塊，同一情況下進(jìn)行不少于3次采樣；(3)根據(jù)采樣時(shí)間、采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)，分析模塊在采樣數(shù)據(jù)中整周期截取變壓器振動(dòng)信號(hào)；(4)如圖3所示，對截取的信號(hào)進(jìn)行小波降噪；(5)對降噪后的信號(hào)段進(jìn)行傅立葉頻譜分析；(6)求出故障信號(hào)的IOOHz、200Hz、300Hz分量幅值；(7)計(jì)算故障信號(hào)的(200+300)/IOOHz幅值之比，以此作為特征I (定義為CR1),并將IOOHz的值作為特征2 (定義為CR2)；(8)根據(jù)步驟(7)提供的信息，與故障閾值對比，進(jìn)行故障診斷。在變壓器正常狀態(tài)下根據(jù)上述步驟對變壓器進(jìn)行監(jiān)測計(jì)算，將此時(shí)得到的CR1XR2作為診斷閾值。實(shí)施例(一)對一臺(tái)實(shí)際的電力變壓器進(jìn)行繞組匝間短路故障設(shè)置，驗(yàn)證本技術(shù)的正確性，并按照上述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該變壓器由江蘇宏源公司生產(chǎn)，其參數(shù)如表I。表I本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統(tǒng)，其特征在于：包括變壓器、3個(gè)相同的振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)換接口、數(shù)據(jù)采集儀和分析模塊，其中，3個(gè)振動(dòng)傳感器的輸入端分別借助磁鐵牢固地吸附在變壓器油箱頂面與三相繞組對應(yīng)的三個(gè)位置，而所述振動(dòng)傳感器的輸出端經(jīng)由轉(zhuǎn)換接口連接數(shù)據(jù)采集儀的輸入端，數(shù)據(jù)采集儀根據(jù)預(yù)設(shè)的采樣頻率和采樣時(shí)間采集振動(dòng)傳感器的振動(dòng)信息，并通過網(wǎng)線接口連接分析模塊。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種電力變壓器繞組匝間短路故障診斷系統(tǒng)，其特征在于包括變壓器、3個(gè)相同的振動(dòng)傳感器、轉(zhuǎn)換接口、數(shù)據(jù)采集儀和分析模塊，其中，3個(gè)振動(dòng)傳感器的輸入端分別借助磁鐵牢固地吸附在變壓器油箱頂面與三相繞組對應(yīng)的三個(gè)位置，而所述振動(dòng)傳感器的輸出端經(jīng)由轉(zhuǎn)換接口連接數(shù)據(jù)采集儀的輸入端，數(shù)據(jù)采集儀根據(jù)預(yù)設(shè)的采樣頻率和采樣時(shí)間采集振動(dòng)傳感器的振動(dòng)信息，并通過網(wǎng)線接口連...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王春寧，陳楷，馬宏忠，司小慶，陳冰冰，張贏，朱躍光，謝小磊，耿志慧，
申請(專利權(quán))人：江蘇省電力公司南京供電公司，河海大學(xué)，國家電網(wǎng)公司，江蘇省電力公司，
類型：實(shí)用新型
國別省市：